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[導讀] 這種的特點是 1 輸出結構類似 OC門,輸出低電平時,內部NMOS導通,驅動能力較強(800uA);輸出高電平靠內部上拉電阻,驅動能力弱(60uA)。 2 永遠有內部電阻上拉(P0口除外),高電平輸出電流能力很弱,所以

這種的特點是

1 輸出結構類似 OC門,輸出低電平時,內部NMOS導通,驅動能力較強(800uA);輸出高電平靠內部上拉電阻,驅動能力弱(60uA)。

2 永遠有內部電阻上拉(P0口除外),高電平輸出電流能力很弱,所以即使IO口長時間短路到地也不會損壞IO口
(同理,IO口低電平輸出能力較強,作低電平輸出時不能長時間短路到VCC)

3 作輸入時,因為OC門有"線與"特性,必須把IO口設為高電平(所以按鍵多為共地接法)

4 作輸出時,輸出低電平可以推動LED(也是很弱的),輸出高電平通常需要外接緩沖電路(所以LED多為共陽接法)

5 軟件模擬OC結構的總線反而比較方便-----例如 IIC總線

* P0口比較特殊,做外部總線時,是推挽輸出,做普通IO時沒有內部上拉電阻,所以P0口做按鍵輸入需要外接上拉電阻。

* OC門:三極管的叫集電極開路,場效應管的叫漏極開路,簡稱開漏輸出。具備"線與"能力,有0得0。

* 為什么設計成輸出時高電平弱,低電平強----是考慮了當年流行的TTL器件輸入特性

 

AVR的真正雙向IO結構就復雜多了,單是控制端口的寄存器也有4個 PORTx.DDRx,PINx,SFIOR(PUD位),不過功能也強勁多了

作為通用數(shù)字I/O 使用時,所有AVR I/O 端口都具有真正的讀- 修改- 寫功能。
這意味著用SBI 或CBI指令改變某些管腳的方向( 或者是端口電平、禁止/ 使能上拉電阻) 時不會無意地改變其他管腳的方向( 或者是端口電平、禁止/ 使能上拉電阻)。
輸出緩沖器具有對稱的驅動能力,可以輸出或吸收大電流,直接驅動LED。
所有的端口引腳都具有與電壓無關的上拉電阻。
并有保護二極管與VCC 和地相連。
* (很多數(shù)字器件都有保護二極管,在低功耗應用時要考慮保護二極管的電流倒灌的影響)

每個端口都有三個I/O存儲器地址:
數(shù)據(jù)寄存器 – PORTx
數(shù)據(jù)方向寄存器 – DDRx
端口輸入引腳 – PINx。
數(shù)據(jù)寄存器PORTx和數(shù)據(jù)方向寄存器DDRx為讀/ 寫寄存器,而端口輸入引腳PINx為只讀寄存器。
但是需要特別注意的是,對PINx 寄存器某一位寫入邏輯"1“ 將造成數(shù)據(jù)寄存器相應位的數(shù)據(jù)發(fā)生"0“ 與“1“ 的交替變化。
當寄存器MCUCR 的上拉禁止位PUD置位時所有端口引腳的上拉電阻都被禁止。

在( 高阻態(tài)) 三態(tài)({DDxn, PORTxn} = 0b00) 輸出高電平({DDxn, PORTxn} = 0b11) 兩種狀態(tài)之間進行切換時,
上拉電阻使能({DDxn, PORTxn} = 0b01) 或輸出低電平({DDxn,PORTxn} = 0b10) 這兩種模式必然會有一個發(fā)生。
通常,上拉電阻使能是完全可以接受的,因為高阻環(huán)境不在意是強高電平輸出還是上拉輸出。
如果使用情況不是這樣子,可以通過置位SFIOR 寄存器的PUD 來禁止所有端口的上拉電阻。
在上拉輸入和輸出低電平之間切換也有同樣的問題。
用戶必須選擇高阻態(tài)({DDxn,PORTxn} = 0b00) 或輸出高電平({DDxn, PORTxn} = 0b10) 作為中間步驟。

不論如何配置DDxn,都可以通過讀取PINxn 寄存器來獲得引腳電平
PINxn寄存器的各個位與其前面的鎖存器組成了一個同步器。
這樣就可以避免在內部時鐘狀態(tài)發(fā)生改變的短時間范圍內由于引腳電平變化而造成的信號不穩(wěn)定。
其缺點是引入了延遲。

AVR IO具備多種IO模式:

1 高阻態(tài) ,多用于高阻模擬信號輸入,例如ADC數(shù)模轉換器輸入,模擬比較器輸入

2 弱上拉狀態(tài)(Rup=20K~50K),輸入用。為低電平信號輸入作了優(yōu)化,省去外部上拉電阻,例如按鍵輸入,低電平中斷觸發(fā)信號輸入

3 推挽強輸出狀態(tài),驅動能力特強(>20mA),可直接推動LED,而且高低驅動能力對稱.

使用注意事項:

寫用PORTx,讀取用PINx

實驗時,盡量不要把管腳直接接到GND/VCC,當設定不當,IO口將會輸出/灌入 80mA(Vcc=5V)的大電流,導致器件損壞。

作輸入時:

1通常要使能內部上拉電阻,懸空(高阻態(tài))將會很容易受干擾。(表面看好像是51的抗干擾能力強,是因為51永遠有內部電阻上拉,)

2盡量不要讓輸入懸空或模擬輸入電平接近VCC/2,將會消耗太多的電流,特別是低功耗應用場合------CMOS電路的特點

3讀取軟件賦予的引腳電平時需要在賦值指令out 和讀取指令in 之間有一個時鐘周期的間隔,如nop 指令。

4功能模塊(中斷,定時器)的輸入可以是低電平觸發(fā),也可以是上升沿觸發(fā)或下降沿觸發(fā)。

5用于高阻模擬信號輸入,切記不要使能內部上拉電阻,影響精確度。例如ADC數(shù)模轉換器輸入,模擬比較器輸入

作輸出時:

采用必要的限流措施,例如驅動LED要串入限流電阻

復位時:

復位時內部上拉電阻將被禁用。如果應用中(例如電機控制)需要嚴格的電平控制,請使用外接電阻固定電平

休眠時:

作輸出的,依然維持狀態(tài)不變

作輸入的,一般無效,但如果使能了第二功能(中斷使能),其輸入功能有效。例如 外部中斷的喚醒功能。

AVR的C語言IO操作:

AVR的C語言基于ANSI C,沒有像51那樣擴展了位操作(布爾操作),雖然匯編指令里面有SBI/CBI/SBIC/SBIS指令

所以需要采用 位邏輯運算 來實現(xiàn),這是必須要掌握的。

IO口和功能寄存器的操作方法一樣,但對于部分功能寄存器的讀寫有特殊要求,請參看手冊。

不必考慮代碼效率的問題,如果可能,GCCAVR會自動優(yōu)化為SBI/CBI/SBIC/SBIS指令,跟匯編的效率是一樣的。

例如 iom16.h 里面定義了 #define PA7 7
(這標準頭文件定義了MCU的所有官方定義(包括寄存器,位,中斷入口等),但管腳的第二功能沒有定義)

想PA7為1 PORTA|=(1<

想PA7為0 PORTA&=~(1<

想PA7取反 PORTA^=(1<

想檢測PA7是否為1 if (PINA&(1<

想檢測PA7是否為0 if !(PINA&(1<

* << 為左移運算符,不懂的就要好好復習C語言基礎了。

注意IO操作的順序:

//上電默認DDRx=0x00,PORTx=0x00 輸入,無上拉電阻

假設PA口驅動LED的負極,低電平燈亮

初始化方法1:
PORTA=0xFF; //內部上拉,高電平
DDRA=0xFF; //輸出高電平---------燈一直是滅的

初始化方法2:
DDRA=0xFF; //輸出低電平--------燈被錯誤點亮了
PORTA=0xFF; //輸出高電平--------馬上被熄滅了,時間很短(1個指令不到uS時間),燈閃了一下,眼睛無法察覺


但要是這個IO口是控制炸藥包的點火信號呢?工控場合要考慮可靠性的問題
 

模擬OC結構的IIC總線的技巧:

雖然AVR大多帶有硬件IIC接口,但也有需要使用軟件模擬IIC的情況

可以通過使用外部上拉電阻+控制DDRx的方法來實現(xiàn)OC結構的IIC總線。

IIC的速度跟上拉電阻有關,內部的上拉電阻阻值較大(Rup=20K~50K),只能用于低速的場合

#define SDA 0 //PC0
#define SCL 1 //PC1
(程序初始化設定 SDA和SCL都是 PORT=0,DDR=0)
#define SDA_0() DDRA|=(1< #define SDA_1() DDRA&=~(1< #define SCL_0() DDRA|=(1< #define SCL_1() DDRA&=~(1<
使用上面的SDA_0()/SDA_1()/SCL_0()/SCL_1()宏即可,直觀,而且效率跟匯編是一樣的

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